CC BY
56
УДК 658.52.01
Оптимизация технологических операций сборки в роботизированном комплексе ГАСК электронных модулей из разнотипных компонентов многономенклатурного производства
Ю.В. Иванов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.
Optimization of assembling electronic modules from heterogeneous multiproduct manufacturing components in the robotic flexible automated assembly complex
Yu.V. Ivanov
Bauman Moscow State Technical University, building 1, 2-nd Baumanskaya str., 5, 105005, Moscow, Russian Federation. ^^ e-mail: [email protected]
Представлен комплексный подход к оценке результатов проектирования с учетом разнотипных компонентов, точности, надежности, производительности, стоимости, структурной и параметрической оптимизации, а также обоснованного выбора марок однопредметного и многопредметного оборудования. Приведена методика оптимизации технологических операций АТОПкрп сборки в роботизированном комплексе ГАСК электронных модулей из разнотипных компонентов многономенклатурного производства. Компьютерное проектирование и оптимизация операций выполняются на моделях, получаемых при разработке роботизированного комплекса ГАСК. Предлагаемая методика отличается от существующих комплексным подходом (применено два вида оптимизации — структурная (максимальная интеграция) и параметрическая (оптимальная очередность монтажа компонентов)). В ней приведены: синтез вариантов оптимальных операций; комплексная оценка их точности, надежности, производственных затрат; расчет характеристик АТОПкрп; сравнение с допусками и отсев неэффективных вариантов; определение эффективности операций, прошедших тестирование; выбор оптимального варианта (по комплексному показателю эффективности) и формирование модели оптимальной операции АТОПкрп.
Ключевые слова: технологическая операция, электронный модуль, параметрическая оптимизация, структурная оптимизация, эффективность, синтез.
DA comprehensive approach to assessing design outcomes is proposed. The approach takes into account the diversity of components, their accuracy, reliability, efficiency, and cost, the structural and parametric optimization, as well as the principles of choosing a single or multi-component equipment type. An optimization technique for assembling electronic modules from heterogeneous components in multiproduct manufacturing using the robotic flexible automated assembly complex (FAAC) is presented. The computer-aided design and optimization of operations is performed on the models obtained during the FAAC development. The proposed technique is based on the comprehensive approach. Two types of optimization are used: the structural optimization that implies maximum integration and the parametric optimization that implies the optimal sequence of assembling components. The technique involves the synthesis of optimal operations, the comprehensive assessment of their accuracy, reliability and production costs, the comparison with required tolerances and rejection of inefficient options, determining the efficiency of tested operations, choosing the optimal option (by the integrated efficiency criterion), and the formation of models of optimal operations.
Keywords: production operation, electronic module, parameter optimization, structural optimization, efficiency, synthesis.
Электронные модули (ЭМ) нашли широкое применение в электронной аппаратуре различного назначения. Объем их выпуска в обозримом будущем будет увеличиваться, поэтому актуальна автоматизация производства ЭМ. Однако многономенклатурный характер производства (по статистике более 80 %) делает ее трудно выполнимой. Наиболее эффективной является сборка ЭМ в роботизированном комплексе, например ГАСК [1]. Научной новизной данного исследования является методология проектирования ГАСК, без которой невозможно создание ГАСК. При этом проектирование ГАСК и его элементов должно выполняться по специальной методологии [2] и должно быть построено на основе оптимальных технологических, транспортных операций, подструктур, с учетом компоновки оборудования и вероятностного характера сборки. Для этого необходимы методы проектирования (синтеза, технико-экономической оценки (ТЭО), оптимизации, точности, надежности, производительности, стоимости) и методики проектирования оптимальных технологических операций сборки ЭМ из однотипных и разнотипных компонентов с учетом вероятностного характера сборки; оптимальных транспортных операций, компоновки оборудования, оптимальных структур.
Методы синтеза, ТЭО, оптимизации, точности, надежности, производительности, стоимости и методики проектирования транспортных операций, компоновки оборудования, оптимальных структур и техпроцессов сборки ЭМ из однотипных электронных компонентов (ЭК) разработаны и будут представлены в других статьях.
Обзор публикаций по данной теме [1-4] показал, что в многономенклатурном производстве отсутствует автоматизация ЭМ. В работах [5, 6] описана сборка ЭМ в роботизированном комплексе многономенклатурного производства, приведена методология проектирования, но без детальной проработки (без проектирования и оптимизации технологических операций). В предлагаемой статье сделана попытка восполнить этот пробел.
Проектирование технологических операций сборки ЭМ из разнотипных ЭК со структурной и параметрической оптимизацией (АТОПКРП) является частью методологии. Проектирование и оптимизация операций выполняются на моделях, которые получаются при разработке роботизированного комплекса ГАСК.
Цель исследования — разработать методику проектирования оптимальных технологических операций сборки ЭМ из разнотипных компонентов ЭК для обоснованного выбора технологических автоматов и роботов (далее АТО) технологических процессов (АТП) и структур роботизированных комплексов (ГАСК) сборки ЭМ в многономенклатурном производстве.
В методике АТОПкрп применено два вида оптимизации: структурная (максимальная интеграция монтажа разнотипных компонентов на одном автомате) и параметрическая (оптимальная очередность монтажа компонентов на плату). Структурная оп-
тимизация выполнена методом перебора, параметрическая — методом полного многоугольника.
Компьютерное проектирование оптимальных технологических операций сборки модулей ЭМ из однотипных компонентов в роботизированном комплексе ГАСК (АТОПкоп) является первым этапом проектирования оптимальных структур ГАСК [2]. На втором этапе разрабатываются техпроцессы и на их основе подструктуры сборки ЭМ из однотипных ЭК, на третьем — компоновка оборудования; оптимальные технологические операции АТОПКРП (сборка ЭМ из разнотипных компонентов ЭК), транспортные операции и на их основе оптимальные структуры ГАСК.
ГАСК предъявляет к проектированию технологических операций АТОПКРП следующие требования: 1) проектирование должно быть компьютерным; 2) с максимальной концентрацией (интеграцией) монтажа компонентов на каждом рабочем месте; 3) многовариантным; 4) с оптимизацией последовательности монтажа ЭК; 5) компоненты ЭК должны быть в групповой упаковке; 6) упаковка компонентов ЭК и подготовка выводов ЭК должны соответствовать требованиям сборочного технологического автомата или робота; 7) для каждого типа АТО с ЧПУ должны разрабатываться операционная технология и управляющие программы пользователя; 8) определение эффективности операции должно выполняться по комплексному показателю эффективности Роп [6]:
Кг.оп ^ Ктр ^ Сг.оп + Стр
где ^^г.оп — годовая производительность операции; Кг.оп и Сг.оп — постоянные и переменные годовые технологические затраты на операцию; Ктр и Стр — постоянные и переменные годовые транспортные затраты на операцию.
В свою очередь показатель эффективности Роп учитывает: конструкторско-технологические особенности собираемых изделий ЭМ, технологических автоматов, промышленных роботов, технологической оснастки; производительность операции; годовую программу выпуска изделий; их номенклатуру, условия запуска ЭМ в производство.
Компьютерное проектирование оптимальных операций с концентрацией разнотипных переходов (АТОПКРП) состоит из следующих этапов:
1) синтез множества операций АТОПКРП;
2) проверка соответствия вариантов операций АТОПКРП допускам по точности, надежности, годовым затратам;
3) определение эффективности операций по комплексному показателю Роп и формирование модели оптимальной операции АТОПКРП.
Синтезу операций АТОПКРП предшествует постановка задачи с учетом ограничений.
Постановка задачи проектирования операции АТОПКРП. Модель проектирования оптимальной операций АТОПКРП имеет вид
I (крп ткрп Г(Гкрп Л _ 1°опт, ткопт, С(ткопт/!-
_ а^шах
Роп ( Г, ТТ, согмо (^Мб^пт!
где (— модель оптимальной технологической операции с концентрацией разнотипных переходов; ТкХт — модель оптимальной марки оборудования;
СТк^) — модель оптимального тандема (оборудования с оснасткой); О крп — модель технологической операции с концентрацией разнотипных переходов; ТТ" — модель марки технологического оборудования для концентрации разнотипных переходов; СТГ) — модель оборудования с оснасткой для операции с концентрацией разнотипных переходов;
(^пт — модель оптимальной технологической операции с концентрацией однотипных переходов; & Уош- — модель оптимальной подструктуры сборки ЭМ из однотипных компонентов. Слева в модели записаны намерения (создание модели оптимальной операции с выбором оптимальной марки оборудования и оснастки); справа — реализация этих намерений (путем получения модели с максимальным значением аргумента комплексного показателя эффективности). Показатель эффективности связан с параметрами оборудования, оснастки операции АТОПКРП и АТОПКОП, а также оптимальных подструктур.
При этом ограничения распространяются на:
• переменные и постоянные годовые производственные затраты по технологической операции
Сг.оп ((О Г,ТкТ )< [Сг.оп ]о,
к г.оп (о крп, ткГ )< [К г.оп ]о;
• точность оборудования АТО вместе с оснасткой СТО
8С (Гккрп )< [8е ];
• допуск на замыкающий размер совмещения выводов компонента с элементами печатного монтажа платы;
• надежность оборудования АТО вместе с СТО:
Тср АТО ( ТьРП ) - [Тср АТО ];
• среднее время наработки на отказ оборудования;
РАТО(^бр)(ь^ ) - [РАТО С^бр)];
• вероятность безотказной работы оборудования.
Синтез вариантов технологических операций АТОПКрп. Данный процесс состоит из синтеза простых переходов и синтеза сложных переходов (операций) [7-9].
Синтез простых переходов упрощенно можно представить комплексом действий: формирование (по всем типам компонентов ЭК) множества оптимальных подструктур; формирование и упорядочивание множества оптимальных операций (О к™; перебор множества шаблонов с выбором на каждом шаге очередного шаблона вида монтажа; формирование множества операций (О к™ и множества моделей разнотипных ЭК (для выполнения концентрации разнотипных переходов); проверка наличия в составе техпроцесса АТП сборки модулей ЭМ двух и более различных операций, допускающих концентрацию разнотипных переходов; формирование
признаков операций (ккрп (объединение разнотипных переходов из операций множества ( о™ в операцию б ккрп); назначение на операцию 6 ккрп множества моделей оборудования АТО ТЦ:рп £ Т; расчет суммарного хода координатной системы (КС) Ь КС £; определение оптимальной последовательности установки разнотипных ЭК и формирование промежуточной модели операции (к'крп (модель (ккрп дополняется двумя признаками — суммарным неоптимальным ЬКеС£ и оптимальным Ь°К£ ^ ходом КС);
перебор множества марок оборудования Ткрп по всем АТО (на каждом шаге выбор очередной марки
Ткрп АТО); формирование для модели АТО
совокупности моделей оснастки СТО С(Ткрп);
назначение на модель оборудования АТО со-
вокупности моделей технологической оснастки СТО С(Тккрп), операции (крп.
Комплексная оценка модели оборудования АТО Ткрп вместе с оснасткой СТО СТ^р"). Выполняется проверка соответствия вариантов операций АТОПКРП допускам точность 8С и надежности Рато(^р), Тср ат0, сравнение полученных значений с допусками; отсев вариантов, не прошедших тестирование; расчет характеристик модели ((крп и эффективности Роп с учетом ограничений на затраты. Определение (на основе расчетов) признаков (с индексами 7-22) и формирование промежуточной модели операции (крп.
Расчет эффективности операции по комплексному показателю Роп. В формирование модели оптимальной операции входит определение комплексного показателя эффективности и расчет дополнительных характеристик.
При формировании (предварительный выбор)
оптимальной модели операции ((к^Щ, по Роп шах с
назначенной на нее оптимальной моделью совокупности АТО и СТО производится исключение (по всему техпроцессу АТП) из множества ((опт операций ((опп и включение вместо них операций ((кропт.
Синтез вариантов операций АТОПКРП (сложных переходов) начинается с формирования ее признаков. Признаки операции АТОПКРП формируются путем объединения разнотипных переходов из операций
множества О К™ в операцию О Крп.
Начальная модель технологической операции АТОПКРП формируется по шаблону, промежуточная
О ^крп образуется при объединении признаков переходов с индексами 0-7.
Далее выполняется назначение на операцию
Оккрп множества технологического оборудования
АТО. При назначении множества АТО Ткрп £ Т — кандидатов на операцию формируется множество единиц (марок) АТО Ткрп. Условием включения единицы АТО Ткрп в множество Ткрп является совпадение признаков модели АТО Т^", идентифика-
О кРп
тора шаблона (ИШ) вида операции г4 к , ИШ вида
О кРп
монтажа ЭК г2 к , множества идентификаторов шаблонов (МИШ)/ИШ группы (групп) компонентов
О крп Окрп
ЭК гОк , МИШ типов ЭК в группе г^к , МИШ элементов цикла АТО в составе шаблонов переходов
Окрп ^О^пт | = ' , множества количественных характеристик ЭК в составе множества моделей ЭК {х(р11, размеров печатной платы (ПП) в составе модели ПП Х(0).
Затем рассчитывается суммарный путь КС ЬКС е и определяется оптимальная последовательность установки разнотипных компонентов ЭК из множества Хкоп. Основой для решения задачи являются рассчитанные на первом этапе холостые ходы и оптимальные последовательности выполнения однотипных переходов О(рг) для ЭК из множества ХКоп.
Суммарный неоптимальный и оптимальный путь КС АТО при установке разнотипных ЭК получается сложением отдельных холостых ходов при установке ЭК, входящих в множество Хкоп (соответственно неоптимальных и оптимальных).
Промежуточная модель операции О ккрп формируется на основе модели О ккрп и двух новых признаков — суммарного неоптимального ЬнК£пЕ и оптимального !,оКС е холостых ходов КС.
Множество разнотипных переходов Окрп =
ОГ { б<Йт | крп
= г6 к = | г6 гопт ] в составе операции Од. упорядочивается автоматически при объединении упорядоченных на первом этапе множеств однотипных переходов по ЭК из множества Хкоп.
Множество переходов Окрп есть объединение переходов О^ при условии выполнения строгой
п(рО п(р1) I Л
упорядоченности признака < У] £ I) и множества разнотипных переходов Окрп < Окрпн1
Ут £ М. При этом формируется промежуточная модель операции О ккрп, образующаяся путем объединения признаков модели О крп и признаков с индексами 23-25, определенных при проектировании.
Для модели оборудования АТО Т^р формируется совокупность моделей оснастки СТО С^кр"), которые состоят из автоматизированных загрузочных устройств (АЗУ), сборочных головок (СГ), КС, а также автоматизированных накопителей плат (АНп), устройств фиксации платы (УФп) в зоне сборки, устройств загрузки/выгрузки платы (УЗВп). Число
АЗУ ^зуТГ) и СГ иСГ(Гк1;рп) определяется количеством устанавливаемых различных типов ЭК.
Модели технологической оснастки СТО, входящие в совокупность С(Тккрп) (за исключением модели КС), получены при проектировании и последующем выборе оптимальных моделей операций
АТОПкоп О(ро)пт = О^т £ Оо!? для соответствующе-
го оборудования АТО Г((^1)т. При этом модель КС
Т крп
определяется по значению признака z23v — ИМ СТО (КС).
Модель УФп выбирается из множества соответствующих моделей для АТО Т(рпт по критерию максимальной точности фиксации ПП (8УФПП ^ max). Модели УЗВп и АНп для любого АТО Т^т одинаковы (выбирается любая из них).
Формируется промежуточная модель операции
АТОПКРП Oкрп, получаемая объединением признаков модели O kкрп и признаков с индексами 7-22, определенных при проектировании. На модель операции назначается модель АТО и сово-
купность моделей СТО С(Ткрп). Затем формирует-
(O крп
ся признак z7 kv АТОПКРП, представляющий собой множество идентификаторов модели (МИМ) СТО, входящих в совокупность С(Тк1 ): CkV = С(ТЬV );
б к,рп
С( p)
'kv _ •{ ~Cimkn I p)
v -
= Z0
imkn
^кГ)}.
Выполняется ком-
плексная оценка точности (погрешность замыкающего звена сборочной размерной цепи 8С, надежности (средняя наработка на отказ Тср ато и вероятности безотказной работы РАТО(^р) на заданное время Й5р сборки ЭМ). Рассчитывается производительность
по данной модели АТО Т^™ и совокупности моделей оснастки СТО С(Тккрп).
Результаты сравниваются с допустимыми величинами. Для этого используются соответствующие модели точности Т^™, работоспособности (надежности) Т'к.крп и производительности Т'^крп АТО. Затем формируются уникальные идентификаторы (УИ) и
признаки связи данных моделей с моделью АТО и моделями СТО, входящими в совокупность С(Тк^рп).
Расчет признаков модели точности выполняется аналогично расчету первого этапа (при проектировании операций АТ0ПК0П).
При объединении признаков с индексами 0-5, определенных при проектировании, формируется
полная модель точности АТО Т^рп.
Расчет признаков модели работоспособности (надежности) аналогичен расчету первого этапа (при проектировании АТОПКОП) за исключением
Т"(Р)
признака г3м (интенсивность отказов оборудования АТО определяется через интенсивности отказов накопителей компонентов АЗУ, СГ, АНп, УФп, системы программного управления СПУ, УЗВп).
При объединении признаков с индексами 0-5, определенных при проектировании, формируется полная модель работоспособности (надежности)
оборудования АТО Т^".
Модель производительности АТО учитывается в
<0 Г
признаке г19г при расчете параметров операции
((крп).
Полученные параметры моделей Тк^рп и Т'к*^ сравниваются с допустимыми значениями по точности и надежности:
8С (Г )< [8С ];
Рато (бр )(тк?п)- [Рато (бр)];
Тср АТО (ТЬКРП ) - [тср АТО ].
Если условия не выполняются, то данная совокупность больше не рассматривается. Осуществляется переход к следующей модели АТО Т^р" £ Ткрп. Далее рассчитываются количественные параметры модели операции (крп, значения обобщенного показателя эффективности Роп (((крп,РьН) и формируется промежуточная модель операции С) крп.
При расчете параметров операции ((£крп опреде-
0 крп (( крп
ляются ее признаки г91^ ... г22к. (трудоемкости сборки, производительности АТО, количества единиц АТО, количества обслуживающих АТО рабочих, занимаемой площади, годовых технологических переменных и постоянных затрат на операцию, значения комплексного показателя эффективности
операций РоП((Э ьрп,ТкКрп)).
При объединении признаков модели ((ккрп и признаков с индексами 7-22, определенных в процессе проектирования, формируется промежуточная
модель операции ((крп. Одновременно выполняется проверка, удовлетворяют ли параметры модели операции ((£крп с назначенными на нее моделью АТО Т^™ и СТО наложенным ограничениям:
Сгоп (о К крп>ТТ )<[СГ0П ]0;
K Гоп ( КРП,ГКГ )<[[ гоп ]о.
Если эти требования не удовлетворяются, то модель АТО ТКРП с СТО исключается из множества ТКрп и более не рассматривается. Осуществляется
переход к следующей модели АТО ТКрп.
После расчета Роп сравнивается вычисленное значение критерия Роп с максимальным значением по другим вариантам:
< Роп (, ткрп )> = < Роп (, ткрп )>.
Марку оборудования АТО выбирают следующим образом. Если значение критерия Роп данного варианта больше максимального, полученного ранее, то
марка АТО Т^ принимается за оптимальную для
А крп ткрп ткрп
операции Oк на данном шаге цикла: Т V = Т к^опт.
Формирование оптимальной технологической операции АТОПКРП опт. Осуществляется по результатам расчета эффективности (по значению комплексного показателя Роп) вариантов АТОПКРП. Затем происходит их сравнение, ранжирование и предварительный выбор оптимальной модели операции 00кроппт (по Роп max) с назначенной на нее оптимальной моделью совокупности АТО и СТО.
В результате выполнения предыдущих действий проектирования формируются признаки и полная
модель операции 00^"Л., которая образуется путем
исключения операций множества 00 ^ из множества 00 опт по всему техпроцессу АТП сборки изделий ЭМ и включения вместо них множества операции
00 кроппт = 00 крп. Множество моделей оптимальных операций 00опт получается как строго упорядоченное множество моделей 00z опт при условии 00г1опт <
< 00z2опт Vz1, z2 е Z, а множество индексов операций z есть разность множеств z, L с последующим ее объединением с индексом К.
При переборе множества моделей операций
JKv } происходит выбор (по критерию р оп = Роп max)
модели оптимальной операции АТОПКРП (00крпт).
Модель оптимальной операции АТОПКРП 0крпт с назначенной на нее оптимальной маркой АТО (ТкКопт) имеет вид
{<0 крп}
00 кРп = 00 кРп
0К опт _ 0Kv
где оптимальная марка оборудования АТО
ткрп _ ткрп К опт _ Kv
0 крп
= [Сг.оп] 0;
Далее приведен фрагмент алгоритма компьютерного проектирования технологических операций АТОПКРП, который является частью алгоритма проектирования оптимальных технологических структур ГАСК.
Алгоритм компьютерного проектирования оптимальных технологических операций АТОПКРП сборки ЭМ в ГАСК. В общем алгоритме проектирования структур первые 13 блоков выполняют проектирование операций сборки ЭМ из разнотипных компонентов ЭК с их концентрацией и оптимизацией последовательности выполнения (рис. 1). Блок 1 формирует множества оптимальных подструктур по всем компонентам ЭК. В блоке 2 формируются и упорядочиваются множества операций Оопт по всему техпроцессу АТП сборки ЭМ. В блоке 3 выполняется цикл по всем шаблонам множества, определенного на предварительном этапе (на каждом шаге выбирается очередной шаблон вида монтажа). В блоке 4 формируются множества операций с концентрацией однотипных переходов (КОП) для последующего проведения концентрации разнотипных переходов (КРП). В блоке 5 проверяется условие, есть ли в составе АТП сборки ЭМ две и более различных операций (из еще не рассмотренных), которые допускают выполнение концентрации разнотипных переходов. Если условие выполнено, то переход к блоку 6, если нет — выход из цикла по видам монтажа ЭК и переход к блоку 13. В блоке 6 выполняется формирование признаков модели операции с КРП путем объединения разнотипных переходов из операций множества с КОП в операцию с КРП. В блоке 7 на операцию с КРП назначается множество марок АТО. В блоке 8 осуществляется оптимизация очередности монтажа на плату разнотипных ЭК по минимальному суммарному пути координатной системы КС ЬКС е с учетом ограничений. Блок 9 выполняет цикл по всем маркам АТО (на каждом шаге выбирается очередная марка АТО). В блоке 10 на модель операции АТОП с КРП назначается модель оборудования АТО и оснастки СТО; производится расчет основных характеристик модели операции (времен Тшк, Тшт, Тср. шт) для всех операции с КРП по всей номенклатуре ЭМ и типам ЭК. Определяются: производительность, требуемое количество АТО, обслуживающих рабочих, занимаемая площадь, суммарные переменные и постоянные затраты (с учетом затрат на транспортные операции), показатель эффективности Роп по операциям АТОП с КРП. При этом выполняется проверка, будут ли параметры модели операции с назначенной на нее маркой АТО удовлетворять ограничениям, накладываемым на операцию. Если не удовлетворяют, то модель АТО исключается из множества и более не рассматривается; если удовлетворяют — переход к следующему шагу цикла по моделям АТО (блок 11). В блоках 11 и 12 происходит сравнение вариантов по критерию Роп и выбор варианта с Роп = Роп тах. После окончания цикла — переход к блоку 13, в котором выполняется исключение операций множества с КОП из множества
О опт и включение вместо них оптимальной операции с максимальной концентрацией КРП по всему техпроцессу АТП сборки ЭМ. На этом заканчивается проектирование операций АТОПКРП.
Программное обеспечение компьютерного проектирования оптимальных технологических операций АТОПКОП сборки ЭМ в ГАСК объединено в программный комплекс «Контур» (для всех этапов проектирования структур ГАСК).
г 1~
Начало^
Формирование множества оптимальных подструктур по всем типам ЭК
I
Формирование и упорядочивание множества операций по всему AHI сборки ЭМ
£
М = {Afw}
I
г4-
Формирование множества операций для проведения КРП. Формирование множества разнотипных ЭК
1—6-
Формирование признаков операций с КРП на основе признаков множества операций с КОП. Объединение разнотипных переходов в операцию КРП с их максимальной концентрацией. Назначение на операцию множества моделей СТО
I
|~ Назначение на операцию КРП множества АТО
I
Расчет Хкс 2 по разнотипным ЭК; оптимизация очередности монтажа разнотипных ЭК на плату
<
гр крп 1 к
>
чо--
Расчет основных характеристик АТОПкрп (трудоемкости, производительности, количества АТО, рабочих, площадей, производственных затрат). Учет ограничений для вариантов, прошедших тестирование, расчет эффективности Роп
Предварительный выбор оптимальной модели АТОП^рп с оптимальной моделью АТО
£
-13-
Исключение операций множества КОП из множества 0ОПТ и включение вместо них операций с максимальной КРП
Рис. 1. Фрагмент алгоритма проектирования оптимальных технологических операций сборки изделий ЭМ из разнотипных компонентов в многономенклатурном производстве
'о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 ЛГа, вид/г. 1 10 100 1000 Щм, шт./г.
а б
Рис. 2. Зависимость комплексного показателя эффективности технологической операции: а — от вида монтажного оборудования и номенклатуры изделий ЭМ; б — от вида монтажного оборудования и годовой
программы выпуска изделий ЭМ: 1 — ручная сборка; 2 — сборка в комплекте; 3 — сборка в ГАСК без оптимизации; 4 — сборка в ГАСК с параметрической оптимизации; 5 — сборка в ГАСК со структурной и параметрической оптимизацией
Исследование влияния номенклатуры и объема выпуска ЭМ на эффективность монтажных операций ГАСК. При аналитическом исследовании было установлено, что на эффективность операции Роп (выбор марки АТО) оказывают влияние номенклатура (N¡1) и годовой объем выпуска модулей (Мэм).
В связи с этим исследовано влияние на Роп:
1) изменения номенклатуры собираемых ЭМ
(М);
2) увеличения годового объема выпуска ЭМ (Мэм);
3) выбор видов АТО.
Исследования проводились с использованием моделей технологических операций в составе структуры ГАСК. Влияние М на значение Роп было установлено при фиксированном значении МЭМ Мэм = = 5 000 ЭМ/г.) и дискретно изменяемой номенклатуре М (10, 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100) (в ТЗ заложен такой диапазон изменения номенклатуры).
Результаты исследования (рис. 2, а) показали, что увеличение номенклатуры из-за роста переменных затрат приводит к уменьшению значения Роп (особенно при увеличении М от 10 до 40; при дальнейшем увеличении М значение Роп примерно стабилизировалось).
Аналогичные исследования были проведены два определения влияния годового объема выпуска изделий МЭМ на Роп (рис. 2, б) при фиксированном значении М (М = 100 — максимальное значение по ТЗ). При этом МЭМ изменялся дискретно Мэм = 1; 10; 100; 1000; 10 000).
Наиболее эффективными типами сборочного оборудования для ГАСК оказались сборочные центры (кривая 4), что логично для многономенклатурного серийного производства ЭМ.
Результаты исследования структур ГАСК показали: 1) увеличение годовой программы выпуска МЭМ обусловливает уменьшение Роп из-за роста переменных затрат; 2) наиболее эффективным сборочным средством (типом АТО) до 5 000 ЭМ/г. является сбо-
рочный центр. При дальнейшем увеличении количества ЛЭМ эффективнее становится гибкий производственный модуль ГПМ (на базе сборочного автомата).
Таким образом, с помощью синтеза технологических операций АТОПКРП сборки ЭМ из разнотипных ЭК получается несколько вариантов моделей операций. Наполнение их признаков числовым содержанием и применение комплексного показателя эффективности позволило оценить, сравнить между собой и выбрать лучший вариант (Роп = Роп max) — выполнить оптимальный выбор марки АТО и оснастки. Использование метода многоугольника и расчет суммарного пути, пройденного КС, дало возможность определить оптимальную очередность монтажа компонентов. Промежуточное тестирование на допустимые значения по точности, надежности и затратам позволило учесть принятые ограничения, а также исключить неэффективные решения и понизить разрядность решаемых задач.
Выводы
1. Разработана оригинальная методика АТОПКРП, позволившая спроектировать операции сборки ЭМ из разнотипных переходов с их концентрацией, оптимизацией последовательности выполнения переходов, оптимизацией выбора марки оборудования АТО, технологической оснастки СТО с учетом точности, надежности, ограничений на допустимые затраты.
2. Результаты исследования комплексного показателя эффективности технологических операций от условий сборки показали: 1) увеличение годовой программы выпуска Лэм обусловливает уменьшение Роп из-за роста переменных затрат; 2) наиболее эффективным сборочным средством (до 5 000 ЭМ/г.) является сборочный центр. При дальнем увеличении количества ЛЭМ эффективнее становится гибкий производственный модуль (на базе сборочного автомата).
Литература
[1] Асаль Р. Роботы и автоматизация производства. Москва, Машиностроение, 2001. 448 с.
[2] Шпур Г., Краузе Ф.-Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении. Москва, Ма-
шиностроение, 1988. 648 с.
[3] Мэнгин Ч.Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа. Москва, Мир, 1990. 276 с.
[4] Иванов Ю.В. Концептуальная модель автоматизированного проектирования структур ГАСК
многономенклатурного производства электронных ячеек. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2001, № 2, с. 58-68.
[5] Козырев Ю.Г., ред. Роботизированные производственные комплексы. Москва, Машиностроение,
2002. 272 с.
[6] Иванов Ю.В., Курносенко А.Е. Базы данных для САПР структур ГАСК сборки ЭМ 1-го уровня.
Свидетельство ФС интеллектуальной собственности. № 2006620158. 2006.
[7] Иванов Ю.В., Курносенко А.Е. САПР структур ГАСК сборки ЭМ 1-го уровня. Свидетельство ФС
интеллектуальной собственности. № 2006611922. 2006.
[8] Иванов Ю.В., Курносенко А.Е. Модуль определения оптимальной последовательности монтажа
компонентов ЭК на плату ПП и автоматизированной подготовки управляющих программ УТП для оборудования с ЧПУ. Свидетельство ФС интеллектуальной собственности. № 2006611924. 2006.
References
[1] Asal' R. Roboty i avtomatizatsiia proizvodstva [Robots and automation]. Moscow, Mashinostroenie
publ., 2001. 448 p.
[2] Shpur G., Krauze F.-L. Avtomatizirovannoe proektirovanie v mashinostroenii [Computer-aided design
in engineering]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1988. 648 p.
[3] Mengin Ch.G., Makklelland S. Tekhnologiia poverkhnostnogo montazha [Surface Mount Technology].
Moscow, Mir publ., 1990. 276 p.
[4] Ivanov Iu.V. Kontseptual'naia model' avtomatizirovannogo proektirovaniia struktur GASK mnogo-
nomenklaturnogo proizvodstva elektronnykh iacheek [Conceptual model of computer-aided design of structures Gask multiproduct production of electronic cells]. Vestnik MGTU. im. N.E. Baumana. Ser. Priborostroenie [Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Instrument Engineering]. 2001, no. 2, pp. 58-68.
[5] Robotizirovannye proizvodstvennye kompleksy [Robotic production complexes]. Ed. Kozyrev Iu.G.
Moscow, Mashinostroenie publ., 2002. 272 p.
[6] Ivanov Iu.V., Kurnosenko A.E. Bazy dannykh dlia SAPR struktur GASK sborki EM 1-go urovnia [Data-
bases for CAD assembly structures Gask EM Level 1]. Certificate of the Federal Service of Intellectual Property no. 2006620158. 2006.
[7] Ivanov Iu.V., Kurnosenko A.E. SAPR struktur GASK sborki EM 1-go urovnia [CAD assembly structures
Gask EM Level 1]. Certificate of the Federal Service of Intellectual Property no. 2006611922. 2006.
[8] Ivanov Iu.V., Kurnosenko A.E. Modul' opredeleniia optimal'noi posledovatel'nosti montazha kompo-
nentov EK na platu PP i avtomatizirovannoi podgotovki UTP dlia oborudovaniia s ChPU [Module determine the optimal sequence of component mounting PCB EC PP and automated preparation of TSS for CNC equipment]. Certificate of the Federal Service of Intellectual Property no. 2006611924. 2006.
Статья поступила в редакцию 23.12.2013
Информация об авторе
ИВАНОВ Юрий Викторович (Москва) — доктор технических наук, профессор кафедры «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры». МГТУ им. Н.Э. Баумана (105005, Москва, Российская Федерация, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1, e-mail: [email protected]).
Information about the author
IVANOV Yuriy Viktorovich (Moscow) — Dr. Sc. (Eng.), Professor of «Design and Manufacture of Electronic Equipment» Department. Bauman Moscow State Technical University (BMSTU, building 1, 2-nd Baumanskaya str., 5, 105005, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]).
